直接还原法高效利用低品位菱铁矿及劣质煤新技术

　　中南大学

　　1 研究背景

　　随着我国钢铁工业的发展，而国内富矿资源明显不足，导致国内多数钢铁企业不得不利用大量外汇从国外购买矿石原料，所以合理的开发和利用成为缓解当前铁矿石市场供需矛盾的关键所在[1]。我国菱铁矿资源丰富，具有“贫、细、杂”的特点，极度难选，常规选矿方法无法使之有效分选，目前其开采量不足总储量的10%[2]；另一方面，我国能源结构以燃煤为主，其中劣质煤资源丰富，但其开发和利用受到很大限制，一般被作为低级燃料直接燃烧使用，导致严重的大气污染。因此，如何清洁高效利用国内复杂难选铁矿石及低阶或劣质煤资源受到国内外冶金界和能源界的高度重视。

　　对我国低品位复杂铁矿和劣质煤资源分布区域进行分析，发现低品位复杂铁矿和劣质煤资源的分布均集中在陕西、新疆、青海、甘肃、云南、湖北、广西、贵州、河北和山东等省区，具有地域重合的特点。

　　目前利用低品位菱铁矿的工艺有焙烧改性－磁选工艺，预还原-高炉工艺，直接还原-熔融还原一步炼铁技术等，虽然这些工艺都能得到较高铁品位，但是还原剂没有得到充分的利用，为此，本实验提出以典型难选的低品位菱铁矿和难利用的劣质煤为研究对象，开展菱铁矿直接还原与低阶煤提质的一体化多联产新工艺基础研究，同时制备优质的直接还原铁粉和半焦产品。该工艺符合目前短流程炼钢的发展趋势，不仅有效回避了我国天然气和冶金焦资源短缺的问题，拓宽了菱铁矿资源的利用途径，增加我国直接还原铁的产量，并同时提质低阶或劣质煤产出高附加值的半焦产品，展现出了良好的应用前景。本次研究对高效清洁利用低品位铁矿资源和劣质煤资源具有重大意义。

　　2 原料性能

　　2.1 菱铁矿

　　本实验使用的铁矿石是新疆某菱铁矿，表2-1为其化学组成，由表可知，铁矿石中铁品位偏低，只有35.43%，纯菱铁矿的理论铁含量为48.2%，其它有价金属很少，脉石含量高，尤其SiO2含量高达10.75%，CaO含量4.91%，有害元素磷含量较低，但硫含量较高，为0.24%。菱铁矿属碳酸盐类，烧损大，LOI为28.89%。根据研究需要，菱铁矿块矿需经破碎至-25mm粒级使用，破碎后粒度组成和密度见表2-2所示，该矿石比重小于一般赤铁矿和磁铁矿。 

　　表2-1 菱铁矿的化学组成/wt%

　　2.2低阶煤

　　本实验使用还原剂为两种低阶煤，煤的工业分析、煤灰分的化学组成及煤的灰渣软融特性分别见表2-3、表2-4和表2-5所示。研究表明[3]，回转窑直接还原用对还原煤的要求一般为固定碳FCad含量宜在50%以上，挥发分Vad在30%左右，灰分Aad含量越低越好，最好小于10%，全硫含量在1%以下，焦渣特征数值小于2。此外，为避免回转窑结圈，一般来说灰分熔点宜大于1150℃。由此可知，两种还原煤均适合作直接还原用煤。

 　　表2-3还原煤的工业分析/wt%

　　在煤的热解和气化过程中，煤灰自身有一定的固硫作用。于煤中的含硫量和碱性成分含量决定了煤灰的固硫能力。研究表明，煤灰碱度越高的煤脱硫效果越好[4]。碱性成分中，钙对煤灰固硫起主要作用，Ca/S比越大，煤灰自身的固硫率越高[5]。由表2-6可知，烟煤自身的固硫率为68.27%，褐煤的固硫率仅为38.96%，所以在直接还原过程中使用烟煤脱硫效果更好一些。